5.1位置传感器5.2速度传感器5.3电流传感器5.4电压传感器5.5温度传感器
表５-1传感器的主要类型
5.1位置传感器
5.1.1旋转变压器
5.1.2感应同步器
5.1.3旋转变压器-数字转换器5.1.4光电编码器
5.1.5磁性编码器
5.1.6几种传感器的对比
5.1.1旋转变压器
1.电磁式旋转变压器
2.磁阻式旋转变压器
图５-1无刷旋转变压器的结构
图５-2振幅调制型无刷旋转变压器的绕组配置
图５-3振幅调制型无刷旋转变压器的信号
图５-4相位调制型无刷旋转变压器的绕组配置
图５-5相位调制型无刷旋转
变压器的信号
图５-6磁阻式旋转变压器的定、转子冲片图
2.磁阻式旋转变压器
图５-7磁阻式旋转变压器原理示意图
(1)输出电压小
(2)电枢反应弱
(3)输出电压的失真系数大于励磁电压
(4)输出电压相位移接近90°
图５-8感应同步器绕组布线示意图
a)定子b)转子
5.1.3旋转变压器-数字转换器
1)提供有10位、12位、14位和16位的分辨率，用户可通过两个控制引脚自行选用不同的分辨率。
2)可将输入的模拟信号转换为并行二进制数输出，易与单片机或DSP 等控制芯片接口。
3)采用比率跟踪转换方式，使之连续输出数据而没有转换延迟，并具有较强的抗干扰能力和远距离传输能力。
4)用户可通过外围元器件的选择来改变带宽、最大跟踪速度等动态性能。
5)具有很高的跟踪速度，当采用10位分辨率时，最大跟踪速度达1040 r/s。
6)能产生与转速成正比的模拟信号，输出范围为±8V(DC)，线性度
可达，回差小于±0.3%，可代替传统的测速发电机，提供高精度的
速度信号。
7)具有过零标志信号(RIPPLE CLOCK)和旋转方向信号(DIRECTION)。
5.1.4光电编码器
1.绝对式编码器
2.增量式编码器
3.准绝对式编码器
4.混合式光电编码器
(1)单圈编码器
(2)多圈编码器
图５-10绝对式编码器的结构
图５-11二进制码盘的光学图案
图５-12格雷码码盘的
光学图案
图５-13增量式编码器的结构
2.增量式编码器
图５-14增量式编码器光学图案
1)准绝对式编码器光学图案比较简单，因此，准绝对式编码器的机械尺寸比较小，译码系统也比较简单。
2)准绝对式编码器用光学图案对位置进行编码，因此，应用系统可在工作的任意时刻进行位置测量，测量到的数据为绝对位置数据，且测量结果不易丢失，两次上电测量同一位置的测量结果绝对一样。
3)准绝对式编码器位置编码的各有效位沿圆周(切向)分布，因此，应用系统上电后不能立刻获得有效位置编码，而要经过一个自引导过程，但无论自引导过程的方向和起始位置如何，初始化位移都固定为几个计量光栅节距，轻微的振动就可以确定初始位置，方便了实际操作。
4)准绝对式编码器光学图案包含计量光栅，因此，可以通过电子技术或软件方法对光学最小分辨角进行细分，从而有效提高系统的测量精度。
5)准绝对式编码器输出的位置信息是全量程绝对编码，非常容易与计算机、过程控制器和伺服控制器等数字器件相连接。
图５-15准绝对式编码器
光学图案
图５-16混合式光电编码器的输出信号波形
图５-17混合式光电编码器信号处理电路框图
图５-18混合式光电编码器
I/V转换电路
5.1.5磁性编码器
1.磁性编码器的结构与工作原理
2.采用多相形式的多脉冲化
(1)磁鼓
(2)磁阻效应元件(Magnetoresistive
图５-19磁性编码器的结构
图５-20MR元件的磁场与磁化
图５-21MR元件的电阻变化率特性
图５-22磁鼓与MR元件的位置关系
图５-23MR元件的输出特性
图５-24MR元件的接线图
1)结构简单、紧凑。
2)灵敏度高、稳定性好、高频特性好，响应速度快。
3)高速下仍能稳定工作。
4)抗污染等恶劣环境的能力强。
5)具有多功能的特点，易于制成绝对式编码器。
6)耐振动、抗冲击、可靠性高。
7)耗电少。
图５-252倍频时MR元件的接线图
图５-26信号处理电路
图５-27信号处理时序
5.1.6几种传感器的对比
表５-5常用的三种位置(速度)传感器的比较
5.2速度传感器
5.2.1测速发电机
5.2.2数字转速传感器
5.2.1测速发电机
1)输出电压与转速成正比，并保持稳定。
2)转动惯量小，以保证反应迅速。
3)灵敏度高，即输出电压对转速的变化反应灵敏，输出特性斜率大。
4)结构简单、工作可靠。
5)输出电压纹波小。
6)正、反转的输出特性应一致。
7)无线电干扰小、噪声小、体积小、重量轻。
图５-28三相无刷直流测速发电机的构成
图５-29三相无刷直流测速发电机的信号波形
(1)非线性误差只有在严格保持直轴磁通Φ
不变的前提下，异步测
d
速发电机的输出电压才与转子转速成正比。
(2)剩余电压
(3)相位误差
图５-30异步测速发电机的工作原理
5.2.2数字转速传感器
1.数字测速的技术要求
2.数字测速方法
1.数字测速的技术要求
(1)分辨率
(2)精度
(3)检测时间
(1)M法测速
(2)T法测速
(3)M/T法测速
图５-31M法测速原理
图５-32T法测速原理。